(57)【要約】      （修正有）【課題】配線容量の減少、リーク電流の減少、配線材料のドリフト・拡散を効果的に防止でき、高品質・高性能な半導体装置を提供する。【解決手段】基板上に絶縁膜とキャップ膜を設け、この膜に配線用溝を形成する。この溝にメタルバリア膜を設け、Ｃｕを充填し配線とする。オーバーＣＭＰによってこの配線の上部を除去し窪みを形成した後、メタルバリア膜を設ける。メタルバリア膜をＣＭＰによって除去し、窪みのみにメタルバリア膜を残す。これによりＣｕの残渣をなくすことができる。この後上層絶縁膜を設ける。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に絶縁膜を設ける第１絶縁膜成膜工程と、
前記第１絶縁膜成膜工程で成膜された絶縁膜上にキャップ膜を設けるキャップ膜成膜工程と、
前記キャップ膜成膜工程の後、前記絶縁膜に配線用溝を形成する配線用溝形成工程と、
前記配線用溝形成工程の後、前記配線用溝にメタルバリア膜を設ける第１メタルバリア膜形成工程と、
前記第１メタルバリア膜形成工程の後、配線用溝に配線材料を充填する配線膜形成工程と、
前記配線膜形成工程の後、前記配線用溝内に充填されている配線材料の一部を除去する配線材料一部除去工程と、
前記配線材料一部除去工程の後、表面にメタルバリア膜を設ける第２メタルバリア膜形成工程と、
前記第２メタルバリア膜形成工程の後、前記配線用溝から離れた位置のメタルバリア膜を除去するメタルバリア膜除去工程と、
前記メタルバリア膜除去工程の後、絶縁膜を設ける第２絶縁膜成膜工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板と、前記基板上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜に設けられた配線膜と、前記配線膜の構成成分の拡散を防止するメタルバリア膜とを備え、前記メタルバリア膜によって前記配線膜の周囲が囲まれてなる半導体装置の製造方法であることを特徴とする請求項１の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
配線材料がＣｕであることを特徴とする請求項１又は請求項２の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
配線材料一部除去工程はＣＭＰ技術によって行われることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項５】
配線材料一部除去工程はウェットエッチング技術によって行われることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項６】
メタルバリア膜除去工程はＣＭＰ技術によって行われることを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかの半導体装置の製造方法。
【請求項７】
メタルバリア膜除去工程はウェットエッチング技術によって行われることを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかの半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関する。特に、配線間リーク電流が低減し、更にはＴＤＤＢ特性やＥＭ耐性が向上した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、ＣｕはＡｌ，Ｗに比べて低抵抗であることから、半導体装置における配線材料はＡｌ，ＷからＣｕに移って来ている。
【０００３】
しかしながら、ＡｌやＷと比べて、Ｃｕは、絶縁膜であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）中に拡散し易い特徴が有る。特に、Ｃｕ配線間の電界により、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）界面においては、Ｃｕの拡散を如何に抑制するかが重要である。
【０００４】
そして、従来から、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）界面におけるＣｕの拡散を抑制する為、各種の技術が提案されている。
【０００５】
例えば、絶縁膜とＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）との密着性を向上させることによって、Ｃｕの拡散を抑制することが提案されている。すなわち、ＣＭＰ（化学機械研磨）後に、Ｃｕ配線膜上面やＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）上面にＮＨ3ガスのプラズマ処理を施すことにより、密着性を向上させると共に、Ｃｕをイオン化させない構造のものとし、Ｃｕが拡散し難くすることが提案（特開２００１−５３０７６）されている。
【０００６】
又、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）界面におけるＣｕのドリフト・拡散を防止する為、又、Ｃｕ配線内の電流（電子の衝突）によるＣｕ原子の移動（エレクトロマイグレーション：ＥＭ）を防止する為、Ｗ−ＣＶＤを用いることによってＣｕ配線膜の上面にＷキャップを設けたり、無電解メッキを用いることによってＣｕ配線膜の上面にＣｏＷＢ，ＣｏＷＰキャップを設ける技術も提案（T,SAITO et al）されている。
【特許文献１】特開２００１−５３０７６
【非特許文献１】T,Saito et al,IEEETRANSACTIONS ON ELECTRONDEVICES                              ,vol.51,pp2129-2135,2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記第１の提案（特許文献１）の技術では、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）界面におけるＣｕの残渣が除去できない。従って、界面に残されたＣｕのドリフト・拡散の問題が残されたままである。
【０００８】
上記第２の提案（非特許文献１）の技術は、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）界面におけるＣｕの残渣が除去できない。従って、界面に残されたＣｕのドリフト・拡散の問題が残されたままである。更には、Ｃｕ配線膜の絶縁膜部分にＣｕの残渣が残留していた場合、絶縁膜部分にもキャップ膜が形成されてしまい、配線ショートが発生する。この為、所望の選択性を得る為には、絶縁膜表面の十分な清浄化と管理とが必要であり、実用化の上では問題が有る。
【０００９】
すなわち、従来の技術では、Ｃｕ配線膜形成に際して、ＣＭＰ後のＣｕ残渣の問題、ＣＭＰ時のスクラッチによる配線耐圧低下の問題が有る。
【００１０】
又、Ｃｕ拡散防止の為に、ＳｉＣＮ等のＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）が用いられているが、この場合には誘電率が高くなり、配線容量の増大をもたらす。
【００１１】
又、配線膜とＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）との界面におけるリーク電流が多い。又、低誘電率膜とキャップ膜との間の界面も有り、これ等の界面におけるリーク電流も多い。
【００１２】
又、ＥＭ耐性向上の為の、選択ＣＶＤや選択メッキによるメタルキャップ形成技術は、制御性に乏しい。
【００１３】
従って、本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点を解決することである。特に、配線容量の減少、リーク電流の減少、配線材料のドリフト・拡散を効果的に防止でき、高品質・高性能な半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の課題は、基板上に絶縁膜を設ける第１絶縁膜成膜工程と、
前記第１絶縁膜成膜工程で成膜された絶縁膜上にキャップ膜を設けるキャップ膜成膜工程と、
前記キャップ膜成膜工程の後、前記絶縁膜に配線用溝を形成する配線用溝形成工程と、
前記配線用溝形成工程の後、前記配線用溝にメタルバリア膜を設ける第１メタルバリア膜形成工程と、
前記第１メタルバリア膜形成工程の後、配線用溝に配線材料を充填する配線膜形成工程と、
前記配線膜形成工程の後、前記配線用溝内に充填されている配線材料の一部を除去する配線材料一部除去工程と、
前記配線材料一部除去工程の後、表面にメタルバリア膜を設ける第２メタルバリア膜形成工程と、
前記第２メタルバリア膜形成工程の後、前記配線用溝から離れた位置のメタルバリア膜を除去するメタルバリア膜除去工程と、
前記メタルバリア膜除去工程の後、絶縁膜を設ける第２絶縁膜成膜工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１５】
特に、基板と、前記基板上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜に設けられた配線膜と、前記配線膜の構成成分の拡散を防止するメタルバリア膜とを備え、前記メタルバリア膜によって前記配線膜の周囲が囲まれてなる半導体装置の製造方法であって、
基板上に絶縁膜を設ける第１絶縁膜成膜工程と、
前記第１絶縁膜成膜工程で成膜された絶縁膜上にキャップ膜を設けるキャップ膜成膜工程と、
前記キャップ膜成膜工程の後、前記絶縁膜に配線用溝を形成する配線用溝形成工程と、
前記配線用溝形成工程の後、前記配線用溝にメタルバリア膜を設ける第１メタルバリア膜形成工程と、
前記第１メタルバリア膜形成工程の後、配線用溝に配線材料を充填する配線膜形成工程と、
前記配線膜形成工程の後、前記配線用溝内に充填されている配線材料の一部を除去する配線材料一部除去工程と、
前記配線材料一部除去工程の後、表面にメタルバリア膜を設ける第２メタルバリア膜形成工程と、
前記第２メタルバリア膜形成工程の後、前記配線用溝から離れた位置のメタルバリア膜を除去するメタルバリア膜除去工程と、
前記メタルバリア膜除去工程の後、絶縁膜を設ける第２絶縁膜成膜工程
とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決される。
【００１６】
上記本発明において、配線材料は、特に、Ｃｕである。
そして、本発明における配線材料一部除去工程は、例えばＣＭＰ技術やウェットエッチング技術によって行われる。又、メタルバリア膜除去工程も、ＣＭＰ技術やウェットエッチング技術によって行われる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、配線用溝にメタルバリア膜、そしてＣｕ配線膜を設けた後、このＣｕ配線膜の上面部を除去して窪ませるようにし、そしてこの窪部を覆うようにメタルバリア膜を設けるようにした。この時、選択ＣＶＤや選択メッキ等の制御性に乏しい技術を用いるまでも無く、例えばウェットエッチングやＣＭＰと言った従来技術を用いてメタルキャップが簡単に形成できる。従って、簡単な製造技術を用いて製造できるから、信頼性の高い半導体装置を簡単に得ることが出来る。又、Ｃｕによる汚染部は除去されることから、残留Ｃｕの拡散に起因するリーク電流は大幅に低減する。かつ、Ｃｕ配線膜の周囲はメタルバリア膜で覆われているから、Ｃｕの拡散も効果的に防止される。
【００１８】
又、Ｃｕ配線膜の上面にメタルキャップを形成した後、上層の配線絶縁膜を形成する場合、ＳｉＣＮ等のＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）は不要である。従って、誘電率の増大を防止できる。
【００１９】
更には、絶縁膜−Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）の界面が無く、従ってリーク電流も少なくなる。又、ＴＤＤＢ特性の向上も期待できる。
【００２０】
又、Ｃｕ配線膜の周囲がメタルバリア膜で覆われているから、ＥＭ耐性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１〜図３は、本発明になる半導体装置の製造方法の工程図である。
【００２２】
尚、本発明の理解を一層容易なものとする為、従来の半導体装置の概略を図４に示す。図４中、１１はＳｉ基板上に設けられたエッチング停止膜、１２はエッチング停止膜１１上に設けられたポーラス状の低誘電率絶縁膜、１３は低誘電率絶縁膜１２上に設けられたＣＭＰキャップ膜、１４は低誘電率絶縁膜１２及びＣＭＰキャップ膜１３に形成された凹条溝の壁面に薄く形成されたメタルバリア膜、１５はメタルバリア膜１４上の凹条溝内に充填されたＣｕ配線膜、１６はＣＭＰキャップ膜１３及びＣｕ配線膜１５上に設けられたＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）、１７はＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）上に設けられた層間絶縁膜である。
【００２３】
本実施形態の半導体装置は、図３と図４との対比から判る通り、Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）１６が設けられていない点に特徴が有る。
【００２４】
このような特徴の半導体装置は、次のようにして得られる。
すなわち、先ず、図１に示される如く、Ｓｉ基板上にエッチング停止膜１が設けられる。そして、エッチング停止膜１上に、ポーラス状の低誘電率絶縁膜２が設けられる。更に、低誘電率絶縁膜２上にＣＭＰキャップ膜３が設けられる。この後、フォトリソグラフィー技術を用いて、所定パターンの配線用凹溝４を、ＣＭＰキャップ膜３及び低誘電率絶縁膜２に対して形成する。次いで、配線用凹溝４の溝内表面に所定厚さのメタルバリア膜５を形成する。この後、配線用凹溝４のメタルバリア膜５上にＣｕを充填し、Ｃｕ配線膜６を形成する。尚、この工程までは、従来と同様に行うことが出来る。
【００２５】
そして、Ｃｕ配線膜６を形成した後、ＣＭＰによるオーバー研磨(又は、ウェットエッチング)を行い、Ｃｕ配線膜６の上面部を削り取って窪ませる（図１参照）。尚、この時、ＣＭＰキャップ膜３上に付いているＣｕも除去される。
【００２６】
Ｃｕ配線膜６の上面部をオーバー研磨して窪部６ａを形成した後、上記メタルバリア膜５と同材からなるメタルバリア膜７を設ける。そして、再度、ＣＭＰにより、ＣＭＰキャップ膜３上のメタルバリア膜７を除去する。この時、Ｃｕ配線膜６の上部は窪んでいるから、この窪んだ箇所６ａに設けられたメタルバリア膜７はＣＭＰによっても残されたままになる。すなわち、ＣＭＰキャップ膜３上のメタルバリア膜７が無くなっても、Ｃｕ配線膜６の窪部６ａ上にはメタルバリア膜７は残されている。
【００２７】
この後、図３に示される通り、ポーラス状の低誘電率絶縁膜２と同系のポーラス状の低誘電率絶縁膜８がＣＭＰキャップ膜３及びメタルバリア膜７上に設けられる。
【００２８】
上記のように構成させた半導体装置は、図３からも判る通り、Ｃｕ配線膜６は、その周囲がメタルバリア膜５，７によって完全に覆われている。よって、Ｃｕのドリフト・拡散が効果的に防止される。そして、ＥＭ耐性の改善が得られる。又、従来用いられていたＣｕ拡散バリア膜（絶縁膜）が不要になる。
【００２９】
そして、上記のようにして得られた半導体装置は、Ｃｕ配線膜６の周囲がメタルバリア膜５，７によって完全に覆われているから、配線間リーク電流の減少、ＴＤＤＢ特性が向上する。因みに、図５に示される通り、リーク電流は低減している。
【００３０】
更には、電気的ストレスによるＣｕ配線膜内部のＣｕ原子の移動が抑制され、ＥＭ耐性が向上する。
【００３１】
又、Ｃｕ拡散バリア膜（絶縁膜）が要らなくなったことから、トータルの誘電率が低減する。すなわち、配線容量が少なくなり、配線遅延が少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明になる半導体装置の製造工程における断面図
【図２】本発明になる半導体装置の製造工程における断面図
【図３】本発明になる半導体装置の特徴を示す断面図
【図４】従来の半導体装置の断面図
【図５】本発明の特長を示すグラフ
【符号の説明】
【００３３】
１          エッチング停止膜
２，８      ポーラス状低誘電率絶縁膜
３          ＣＭＰキャップ膜
４          配線用凹溝
５，７      メタルバリア膜
６          Ｃｕ配線膜
６ａ        窪部
代  理  人  宇  高  克  己
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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